(57)【要約】【課題】  溶融金属から鋳片を連続的に鋳造する方法及び装置に関し、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル外壁間の距離と印加する交流磁場の溶融金属の中の浸透深さの関係を限定することにより、溶融金属メニスカス挙動を安定化し、潤滑改善効果と鋳片表面性状改善効果を安定して得ることのできる鋳造方法及び装置を提供すること。【解決手段】  鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶融金属に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう金属鋳片の連続鋳造方法において、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離が、電磁力の溶融金属内への浸透深さにしたがい変化させる。【選択図】      図２
2005230848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶融金属に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう溶融金属の連続鋳造方法において、電磁力の溶融金属内への浸透深さに応じて、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離が調整された装置を用いることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項２】
鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶融金属に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう溶融金属の連続鋳造方法において、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離Ｌmin（ｍ）が、以下の（式１）及び（式２）を満足することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
δ＝１／（πｆσμ）1/2              …  （式１）
Ｌmin ≧０．８δ                    …  （式２）
ここで、δ：電磁力の溶融金属内への浸透深さ（ｍ）
ｆ：磁場の搬送波の周波数（Ｈｚ）
σ：溶融金属の電気伝導度（Ｓ／ｍ）
μ：溶融金属の透磁率（Ｈ／ｍ）
【請求項３】
溶融金属のメニスカスへオイルを前記鋳型上部から供給することを特徴とする請求項１または２記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項４】
電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項５】
鋳型を振動させずに、電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
【請求項６】
鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルと、鋳型内溶鋼に浸漬される様に配置された溶融金属注入ノズルを有する溶融金属の連続鋳造装置において、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離Ｌmin（ｍ）が、上記の（式１）及び（式２）を満足する様に設置されたことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型内の溶融金属に電磁力を作用させ、初期凝固の不安定を抑制して、鋳片の表面性状を改善する溶融金属の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、溶融金属の連続鋳造においては、鋳型壁と凝固シェルの間に、所要の潤滑性を付与するため、溶鋼湯面に、潤滑剤パウダー（以下「パウダー」と記載することがある。）が添加される。溶融したパウダーは、上下に振動する鋳型壁と、一定速度で引き抜かれる凝固シェルの相対運動によって、鋳型壁と凝固シェルの間隙に流入する。
この流入の際に発生する動圧によって、メニスカスや凝固シェル先端が変形する。この変形が、鋳型オシレーションの周期で繰り返されて、鋳片表面に、オシレーションマーク（周期的な皺）が形成されるが、適切な深さの周期的なオシレーションマークは、鋳造操業や鋳片の表面品質の安定化に寄与する。
【０００３】
鋳片の表面品質を確保するには、溶融金属の初期凝固における不安定性を解消するとともに、鋳型と凝固シェル間における潤滑性を確保することであり、このための方法又は装置が種々提案されている。
例えば、（特許文献１）には、溶融金属を潤滑剤とともに一定周期で振動する水冷鋳型に注入し、鋳片を、連続的に下方に引き抜く連続鋳造方法において、鋳型周りに設けた電磁コイルに交流電流を連続的に通電し、発生する電磁力を利用して、鋳型内の溶融金属を凸状に盛り上げて、鋳片の表面性状を改善する方法が記載されている。
【０００４】
また、（特許文献２）には、電磁コイルにより鋳型内の溶融金属に電磁力を付与する際、交流磁場の付与により電磁力を間歇的に印加し、凝固シェルと鋳型壁の間へのパウダーの流れ込みを一層推進し、さらに、表面性状の改善を図る方法が記載されている。
さらに、（特許文献３）には、連鋳鋳型を取り囲むように配置したソレノイド状電磁コイル、又は、連鋳鋳型の側壁に埋設したソレノイド状電磁コイルに交流電流を通電し、凝固を開始しようとする溶融金属に、電磁力を、溶融金属が鋳型壁から離れる方向に印加しつつ連続鋳造して、鋳片の表面品質を大幅に改善する方法が記載されている。
【０００５】
また、（特許文献４）には、鋼を連続鋳造するに際し、鋳型内部の溶鋼自由表面上で、鋳型の上下振動に伴い発生する表面波動を、溶鋼に振幅変調磁場を印加することにより抑制することを鋼の連続鋳造方法において、鋼に作用する磁場の浸透深さが、鋳型形状が矩形の時は鋳型短辺の半分の長さよりも短かく、鋳型形状が円筒形の時は鋳型半径よりも短かくなるように、磁場の搬送波の周波数を設定することにより、前記表面波動を抑制することを特徴とする鋼の連続鋳造方法が記載されている。
【特許文献１】特開昭５２−３２８２４号公報
【特許文献２】特開昭６４−８３３４８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ９６／０５９２６号公報
【特許文献４】特開２００２−１８５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の（特許文献１）〜（特許文献３）の方法では、鋳型内の溶融金属の盛上りと電磁力により溶融金属内に誘起される溶融金属の流動が、溶融金属注入ノズル近傍だけ不均一になり、溶融金属のメニスカスに擾乱が発生することがある。その結果、鋳片の表面性状が鋳型周方向に不均一になり、メニスカス部においてパウダーが溶鋼中に巻き込まれるため、凝固シェルにパウダーが捕捉され、鋳片欠陥となるという課題がある。
また、（特許文献４）の方法では、表面性状の改善を図ることができる場合があるものの、必ずしも十分ではない。
【０００７】
本発明は、溶融金属から鋳片を連続的に鋳造する方法及び装置に関し、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル外壁間の距離と印加する交流磁場の溶融金属の中の浸透深さの関係を限定することにより、溶融金属メニスカス挙動を安定化し、潤滑改善効果と鋳片表面性状改善効果を安定して得ることのできる鋳造方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶融金属に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう溶融金属の連続鋳造方法において、電磁力の溶融金属内への浸透深さに応じて、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離が調整された装置を用いることを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
（２）鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶融金属に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう溶融金属の連続鋳造方法において、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離Ｌmin（ｍ）が、以下の（式１）及び（式２）を満足することを特徴とする溶融金属の連続鋳造方法。
δ＝１／（πｆσμ）1/2              …  （式１）
Ｌmin ≧０．８δ                    …  （式２）
ここで、δ：電磁力の溶融金属内への浸透深さ（ｍ）
ｆ：磁場の搬送波の周波数（Ｈｚ）
σ：溶融金属の電気伝導度（Ｓ／ｍ）
μ：溶融金属の透磁率（Ｈ／ｍ）
（３）溶融金属のメニスカスへオイルを前記鋳型上部から供給することを特徴とする（１）または（２）記載の溶融金属の連続鋳造方法。
（４）電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
（５）鋳型を振動させずに、電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の溶融金属の連続鋳造方法。
（６）鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルと、鋳型内溶鋼に浸漬される様に配置された溶融金属注入ノズルを有する溶融金属の連続鋳造装置において、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離Ｌmin（ｍ）が、上記の（式１）及び（式２）を満足する様に設置されたことを特徴とする溶融金属の連続鋳造装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メニスカス部においてパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥となるのを防止することができるので、表面性状に優れ、かつ、鋳造欠陥のない連続鋳造鋳片を高速で生産することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の距離に着目し、鋳片の表面性状の良否との関連について、鋭意調査研究した。その結果、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の距離は、電磁力の溶融金属内への浸透深さに応じて、潤滑改善効果と鋳片表面性状改善効果を安定して得ることのできる適正な関係があることが判明した。
【００１１】
以下に本発明について、詳細に説明する。
本発明者らは、鋳型内の溶融金属の盛上りと電磁力により溶融金属内に誘起される溶融金属の流動が、溶融金属注入ノズル近傍だけ不均一になる原因として、溶融金属注入ノズル近傍ではない領域と比較して、溶融金属注入ノズル近傍の鋳型内壁との最短距離が短いため、両者の間で溶融金属の流動状態に差異が生じる場合があることによるものと考えた。そこで、溶融金属注入ノズル近傍の領域と、溶融金属注入ノズル近傍ではない領域とで、溶融金属の流動状態をほぼ均一にさせるには、溶融金属注入ノズルが障害にならない様に、溶融金属注入ノズルと鋳型内壁との最短距離が、最低限必要な距離を確保することが重要であることが判明した。
【００１２】
従って、本発明は、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離と、溶融金属の流動状態との関係に着目し、電磁力を便宜的に示す指標としての電磁力の溶融金属内への浸透深さに応じて、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離として適正な範囲に調整することを基本思想としている。この様にすることで、溶融金属注入ノズル近傍領域であっても、溶融金属注入ノズル近傍ではない領域とほぼ同様の溶融金属の流動状態とすることができる。
【００１３】
本発明の具体的な例について、図１を用いて説明する。
図１に、鋳型３を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル４に交流を通電し、タンディッシュ１から溶融金属注入ノズル２を介して、溶鋼吐出流８として鋳型内へ供給した溶鋼５に電磁力９を印加して、鋳型内の溶鋼メニスカス形状を変化させながら、パウダー７を供給しつつ、凝固シェル６を引き出し、鋳造を行う連続鋳造の態様を示す。この電磁力９により、溶鋼内には攪拌流が誘起される。
【００１４】
また、図２に鋳型銅板１０と鋳型ステンレス板１１からなる鋳型と溶融金属注入ノズル２、電磁コイル４を示す。鋳型内壁から溶鋼内へ電磁力９が印加され、攪拌流１２が誘起されるが、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル２間の最短距離Ｌminが、最低限必要な距離を確保していることで、溶融金属注入ノズル近傍領域であっても、溶融金属注入ノズル近傍ではない領域とほぼ同様の溶融金属の流動状態とすることができ、鋳型内での溶鋼の流動をほぼ均一にすることができる。
図２の場合、溶融金属注入ノズルの断面が円形なので、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル２間の最短距離Ｌminは、鋳型長辺と平行な接線の接点と鋳型長辺との最短距離となる。
【００１５】
一般的に溶融金属に交流磁場を印加した場合、溶融金属中の電磁力は、溶融金属内部に伝播するに従い指数関数的に減衰することが知られている。また、電磁力の溶融金属内への浸透深さδは、（式１）で表現できる。
δ＝１／（πｆσμ）1/2              …  （式１）
ここで、δ：電磁力の溶融金属内への浸透深さ（ｍ）
ｆ：磁場の搬送波の周波数（Ｈｚ）
σ：溶融金属の電気伝導度（Ｓ／ｍ）
μ：溶融金属の透磁率（Ｈ／ｍ）
上記（式１）からもわかる様に、電磁力の溶融金属内への浸透深さδは、磁場の搬送波の周波数ｆが高くなるとともに小さくなる。溶融金属が溶鋼の場合についての例を図３に示すが、磁場の搬送波の周波数ｆが高くなるにつれて、電磁力の溶融金属内への浸透深さδは小さくなることがわかる。
【００１６】
上記の電磁力の溶融金属内への浸透深さδ（ｍ）は、理論的には鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離Ｌmin（ｍ）と一致することになるが、本発明者らの調査に基き、上記δとＬminは以下の（式２）を満足すれば良いことを見出した。
Ｌmin ≧０．８δ                  …  （式２）
これは、実際のＬminは、計算上求まるδより多少短い距離でも、鋳型内での溶鋼の流動をほぼ均一にすることができるということを意味している。
【００１７】
逆に、Ｌminが、０．８δ未満であると、鋳型内の溶融金属の盛上りと電磁力により溶融金属内に誘起される溶融金属の流動が、溶融金属注入ノズル近傍だけ不均一になり、溶融金属のメニスカスに擾乱が発生することがある。そのため、鋳片の表面性状の改善が鋳型周方向に不均一になり、特に溶融金属注入ノズル近傍において、表面性状が悪化することが判明した。
また、Ｌminの値の上限値は特に規定するものではなく、鋳片のサイズや種類によって適宜設定すれば良いが、通常は高々５００ｍｍ程度であることが多い。
【００１８】
本発明の様に、電磁力の溶融金属内への浸透深さに応じて、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離を調整することで、鋳型内の溶融金属の盛上りと電磁力により溶融金属内に誘起される溶融金属の流動が、鋳型周方向に均一になり、潤滑改善効果と鋳片表面性状改善効果を鋳型周方向に安定して得ることができる。
【００１９】
また、本発明においては、図４に示すように、外形が円形ではない扁平型の溶融金属注入ノズルをもちいても良く、特に限定するものではない。
図４の場合、溶融金属注入ノズルの断面がほぼ長方形で、かつ鋳型長辺と対面するノズル面は鋳型長辺と平行なので、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル２間の最短距離Ｌminは、鋳型長辺と対面するノズルと鋳型長辺との最短距離となる。
この様な装置は、使用する溶融金属の物性や、印加する電磁力の周波数等の操業条件を考慮して、使用する鋳型サイズに基き、溶融金属注入ノズルのサイズを適宜設定することで、調整することができるが、特にこれに限定するものではない。
【００２０】
また、溶融金属のメニスカスへオイルを鋳型上部から供給しても良い。このオイルの性質としては、メニスカスへ供給した後に、熱を受けてメニスカス上で潤滑性を有するものであれば良く、例えばレプシードオイル等を用いることができ、パウダーの代替として使用可能である。この様なオイルの供給により、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑が改善され、パウダーを使用することなく鋳造が可能となるため、例えば小断面の鋳型に適用する等、必要に応じて適宜使用すれば良い。
【００２１】
また、電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることで、電磁力も周期的に変化するため、これにより溶鋼の流動が安定化することで、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善することができる。電磁コイルに通電する交流電流の周期的な変化幅については特に規定するものではないが、通常は２〜２０Ｈｚ程度で実施することが好ましい。２Ｈｚ未満では周期の間隔が長くなり、また２０Ｈｚ超では連続的に印加している状態に近づくため、いずれも溶鋼流動が安定しにくくなる。
また、誘導加熱により溶鋼を加熱することができるため、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善することもできる。
【００２２】
さらに、鋳型を振動させずに、電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることにより、電磁力が周期的に変化するため、この電磁力による変化のみでも、鋳型壁を振動させることができる。この場合には、鋳型を振動させる装置を省略できるため、全体として簡略化した装置とすることができ、またコスト面でもメリットがある。
また、上記と同様に、誘導加熱により溶鋼を加熱でき、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善することができる。
そして、本発明においては、上記に記載した様な、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善する手段を、適宜、併用して用いることができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施例について説明するが、実施例で用いる条件は１条件例であり、本発明は該条件に限定されるものではない。
１８５０ｍｍ（長辺側）×４００ｍｍ（短辺側）、高さ１００ｍｍの電磁コイルを鋳型内に埋設し、以下の条件で連続鋳造を行った。
鋳型内寸法：９００ｍｍ（長辺）×２２０ｍｍ（短辺）、高さ８００ｍｍ、
鋳型振動ストローク：６ｍｍ、
鋳型振動数：１２０サイクル／min、
鋳造速度：１ｍ／ｍｉｎ、
湯面レベル：コイル上端（鋳型上端から１００ｍｍ）、
磁場条件：単相交流２００Ｈｚの０．０５秒印加と０．０５秒無印加の磁場条件、
単相交流６０Ｈｚの０．０５秒印加と０．０５秒無印加の磁場条件下、
溶融金属注入ノズルの外径：１２０ｍｍ、９０ｍｍ
また、潤滑材としてＣ−Ｃａ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｎａ系のパウダーを供給して、低炭素鋼の溶鋼を連続鋳造した。
尚、溶融金属注入ノズルは図２に示す様な、断面が円形のものを用いた。
【００２４】
交流電磁力の周波数と溶融金属注入ノズルの外径の各組合せにおける、鋳型内壁と溶融金属注入ノズル間の最短距離Ｌmin、（式１）を用いて計算した電磁力の浸透深さδ、および０．８δの値を、表１に記す。
尚、いずれの条件も、
溶融金属の電気伝導度σは７.２２×１０5（Ｓ／ｍ）
溶融金属の透磁率μは１．２６×１０-6（Ｈ／ｍ）を用いた。
【００２５】
【表１】
2005230848.tif 000003
【００２６】
得られた鋳片表面のオシレーションマーク深さの測定結果を図５に示す。図５から、鋳型内壁と注入ノズル間の最短距離Ｌminよりも、電磁力の浸透深さδの０．８倍の方が大きかったＮｏ．［１］の場合、すなわち（式２）のＬmin≧０．８δを満足しない場合は、鋳片表面のオシレーションマーク深さが大きいという問題があった。
【００２７】
これに対し、鋳型内壁と注入ノズル間の最短距離Ｌminよりも、電磁力の浸透深さδの０．８倍の方が小さかったＮｏ．［２］〜［３］の場合、すなわち（式２）のＬmin≧０．８δを満足する場合は、鋳片表面のオシレーションマーク深さを小さくすることができ、鋳片の全幅にわたり表面品質が優れていることを確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】連続鋳造の態様を示す図である。
【図２】連続鋳造の態様を示す図である。
【図３】溶鋼中への電磁力の浸透深さを示す図である。
【図４】連続鋳造の態様を示す図である。
【図５】鋳片の表面粗度を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    タンディシュ
２    浸漬ノズル
３    鋳型
４    ソレノイド式電磁コイル
５    溶鋼
６    凝固シェル
７    パウダー
８    溶鋼吐出流
９    電磁力
１０  鋳型銅板
１１  鋳型ステンレス板
１２  攪拌流
【図１】
2005230848.tif 000004
【図２】
2005230848.tif 000005
【図３】
2005230848.tif 000006
【図４】
2005230848.tif 000007
【図５】
2005230848.tif 000008